Sóng điện Từ Là Gì ? Đặc điểm Và Cấu Tạo Của Sóng điện Từ

Hiện nay có rất nhiều công nghệ sử dụng sóng điện từ để kết nối và truyền tải dữ liệu. Chúng ta đã quá quen thuộc với những khái niệm như: sóng điện từ, sóng vô tuyến, sóng radio,… nhưng trên thực tế để hiểu rõ bản chất của các loại sóng này là một vấn đề không hề đơn giản. Hãy cùng chúng tôi khám phá những thông tin về sóng điện từ qua bài viết dưới đây bạn nhé!

• Hướng dẫn chuyển đổi Pound sang Kg chính xác nhất
• Chất điện môi là gì ? Công thức tính hằng số điện môi ra sao?
• Hướng dẫn cách chuyển đổi từ F sang độ C chính xác
• PSI là gì ? Cách chuyển đổi đơn vị PSI
• Cảm biến đo mức siêu âm là gì ? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Sóng điện từ là gì ?

Sóng điện từ hay còn gọi là bức xạ điện từ đó là một sự kết hợp giữa dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau. Chúng sẽ lan truyền trong không gian như một loại sóng, và vì chúng là sóng nên chúng sẽ có tính chất hạt thường gọi là hạt “photon”. Trong quá trình lan truyền của sóng điện từ, chúng sẽ mang theo các thông tin, năng lượng và động lượng. Bước sóng của sóng điện từ sẽ rơi vào khoảng từ 400nm đến 700nm và chúng có thể được quan sát bằng mắt thường thông qua ánh sáng chúng phát ra.

Đặc điểm của sóng điện từ

Thông thường thì sóng điện từ sẽ có chung các đặc điểm với nhau và cụ thể thì chúng sẽ có các đặc điểm như sau:

• Chúng có thể lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không và chúng là loại sóng duy nhất lan truyền được trong chân không
• Chúng cũng có các tính chất của sóng cơ như: phản xạ, khúc xạ, giao thoa, … Và cũng tuân theo các quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ,…
• Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài km được dùng trong thông tin liên lạc được gọi là sóng vô tuyến
• Sóng điện từ là thuộc loại sóng ngang nghĩa là nó là sự lan truyền của các dao động liên quan đến tính chất có hướng (cụ thể là cường độ điện trường và cường độ từ trường) của các phần tử mà hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền sóng.
• Tốc độ lan truyền sóng điện từ trong chân không là lớn nhất và bằng c = 3.108 m/s.
• Chúng luôn tạo thành một tam diện thuận
• Sóng điện từ có mang năng lượng và năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Như vậy, bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ.
• Dao động của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.

Nguyên tắc khi truyền sóng điện từ

Để có thể truyền sóng điện từ đi thì ta cần tuân thủ các nguyên tắc như sau:

• Để âm thanh và hình ảnh có thể truyền đi xa thì ta cần biến điệu chúng thành các dao động điện, tức tín hiệu âm tần. Với AM là biến điệu biên độ và FM là biến điệu tần số.
• Cần phải dùng sóng ngang, tức sóng cao tần để có thể truyền đi.
• Cần phải tách sóng: tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần.
• Khuếch đại tín hiệu thu được khi có cường độ nhỏ.

Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển

Các vùng sóng ngắn sẽ ít bị hấp thụ

Thông thường thì các phân tử không khí trong khí quyển sẽ hấp thụ rất mạnh các sóng dài, dòng trung và sóng cực ngắn nên loại sóng này không thể truyền đi xa. Trong một số vùng tương đối hẹp thì sóng có bước sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ bởi không khí.

Sự phản xạ của sóng ngắn trên tầng điện li

Dành cho những bạn nào quên hoặc chưa biết thì tầng điện ly là một lớp khí quyển. Trong đó các phân tử khí đã bị ion hóa rất mạnh dưới tác dụng của các tia tử ngoại ánh sáng mặt trời. Chúng thường nằm ở độ cao 80 – 800km.

Các loại sóng ngắn vô tuyến sẽ phản xạ rất tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt đất và cả bề mặt nước biển. Nhờ tính chất đệm sóng giữa các bề mặt vừa kể mà sóng có thể truyền đi rất xa.

Phân loại sóng điện từ như thế nào ?

Sóng điện từ hay sóng vô tuyến sẽ được phân chia ra làm sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài trong khí quyển. Cụ thể như sau:

• Sóng cực ngắn: chúng có bước sóng từ 1 – 10m, có năng lượng rất lớn và không bị hấp thụ hay phản xạ bởi tầng điện li. Và vì chúng có thể xuyên qua tầng điện ly và đi vào vũ trụ nên chúng thường được dùng trong các ngành thiên văn để nghiên cứu vũ trụ ngày nay.
• Sóng ngắn: chúng có bước sóng từ 10 – 100m, cũng có mức năng lượng lớn. Tuy nhiên chúng bị phản xạ nhiều lần ở tầng điện li và mặt đất. Chính vì thế mà chúng thường được dùng trong các công tác thông tin và liên lạc dưới mặt đất.
• Sóng trung: có bước sóng từ 100 – 1000m, loại sóng này sẽ bị tầng điện li hấp thụ mạnh vào ban ngày. Tuy nhiên vào ban đêm thì hoàn toàn ngược lại. Nên chúng thường được dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm.
• Sóng dài: có bước sóng trong khoảng hơn 1000m, có mức năng lượng khá thấp. Thường bị các vật thể trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng lại không dễ bị hấp thụ đối với môi trường nước. Việc này có ý nghĩa rất lớn trong việc thông tin liên lạc giữa các tàu ngầm dưới nước hay biển.

Phân chia bức xạ của sóng điện từ

Sóng điện từ sẽ có chung bản chất, tuy nhiên các yếu tố dùng để phân loại các bức xạ của chúng sẽ là bước sóng, mức năng lượng kèm theo và tần số truyền đi của chúng. Ứng với mỗi bước sóng, tần số và mức năng lượng cụ thể chúng ta sẽ có một loại sóng khác nhau. Và vì thế ứng dụng của loại sóng đó trong thực tế là hoàn toàn khác nhau. Cụ thể chúng ta có 7 loại như sau:

• Sóng Radio: có bước sóng là 1mm – 100000km, tần số là 300 MHz – 3 Hz, năng lượng mang theo là 12.4 feV – 1.24 meV.
• Sóng Viba: có bước sóng là 1 mm – 1 m, tần số là 300 GHz – 300 MHz, năng lượng mang theo là 1.7 eV – 1.24 meV.
• Tia hồng ngoại: có bước sóng là 700 nm – 1 mm, tần số là 430 THz – 300 GHz, năng lượng mang theo là 1.24 meV – 1.7 eV.
• Ánh sáng: là các loại ánh sáng có thể nhìn thấy bằng mắt thường, chúng có bước sóng là 380 nm – 700 nm, tần số là 790 THz – 430 THz, năng lượng mang theo là 1.7 eV – 3.3 eV.
• Tia tử ngoại: có bước sóng là 10 nm – 380 nm, tần số là 30 PHz – 790 THz, năng lượng mang theo là 3.3 eV – 124 eV.
• Tia X: có bước sóng là 0,01 nm – 10 nm, tần số là 30 EHz – 30 PHz, năng lượng mang theo là 124 eV – 124 keV.
• Tia gamma: có bước sóng là ≤ 0,01 nm, tần số là ≥ 30 EHz, năng lượng mang theo là 124 keV – 300+ GeV.

Bên cạnh đó thì các bạn cũng có thể tham khảo qua bảng tóm tắt bước sóng của từng loại tại đây.

Đặc điểm của từng loại sóng

Trong quá trình tương tác giữa các phân tử, nguyên tử hay các hạt cơ bản. Các tính chất của sóng điện từ sẽ phụ thuộc ít hoặc nhiều tùy thuộc vào bước sóng của từng loại. Và dưới đây là một số dẫn chứng cụ thể:

Sóng Radio

Sóng radio thường sẽ có ít tương tác với vật chất vì năng lượng của các photon rất nhỏ. Chính vì thế mà chúng có thể đi vượt qua khoảng cách dài mà không bị mất năng lượng cho tương tác, do vậy được sử dụng để truyền thông tin từ xa, như trong kỹ thuật truyền thanh, phát thanh.

Khi chúng ta thu nạp radio bằng ăng ten, ta tận dụng tương tác giữa điện trường của sóng với các vật dẫn điện. Các dòng điện sẽ dao động qua lại trong vật dẫn điện dưới ảnh hưởng của dao động điện trong sóng radio.

Sóng viba

Loại sóng này thường gặp nhất phải kể đến đó là trong ứng dụng lò vi sóng. Tần số dao động của lò vi sóng sẽ trùng với tần số cộng hưởng của nhiều phân tử hữu cơ và trong các loại thức ăn. Do vậy sóng trong vi sóng bị hấp thụ mạnh bởi các phân tử hữu cơ và làm chúng nóng lên, khi đó năng lượng sóng được chuyển sang năng lượng nhiệt của các phân tử. Mức độ ảnh hưởng của sóng viba trong lò vi sóng như sau:

• Mức nhẹ: sóng sẽ làm biến tính một số phân tử protein trong tế bào, tức là gây sai lệch một chút cấu trúc phân tử, nó không chết và vẫn tham gia được vào hoạt động sống của tế bào. Nếu sai lệch này xảy ra trong phân tử ADN, hi đó nếu hệ bạch huyết không đủ mạnh để loại bỏ được những tế bào lỗi này thì chúng phát triển thành ung thư.
• Mức nặng: sẽ biến tính mạnh, phân tử không còn tham dự được vào hoạt động sống. Nếu lượng phân tử bị biến tính lớn thì tế bào chết.

Chính vì tính chất của loại sóng viba này mình vừa kể trên mà chúng ta nên thận trọng trong việc dùng các loại thiết bị hay lò vi sóng. Vì các màng chắn sóng không thể chặn toàn bộ sóng phát ra nên việc cần làm là ta phải giữ khoảng cách so với lò vi sóng tối thiểu là 1m.

Tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại cũng là bức xạ điện từ và có bước sóng dài hơn sóng ánh sáng, ngắn hơn bước sóng của sóng viba. Cụm từ “Hồng ngoại” có nghĩa là bước sóng sẽ nằm dưới bước sóng của ánh sáng màu đỏ.

Trong y học và chữa trị, tia hồng ngoại thường dùng để điều trị bệnh. Giúp phá hủy các tế bào bị hỏng hay bị tổn thương. Ngoài ra nó còn có thể dùng để chuẩn đoán các loại bệnh.

Ánh sáng có thể nhìn thấy

Về phần này thì mình không cần nói các bạn cũng có thể tự cảm nhận được đúng không nào. Sóng ánh sáng giúp ta nhận biết được màu sắc trong không gian. ánh sáng mặt trời khi qua lăng kính hay qua các màn hơi nước sau khi mưa cũng sẽ tạo thành vệt sáng 7 màu là cầu vòng.

Tia tử ngoại

Tia tử ngoại là bức xạ có bước sóng từ 10-8m đến 10-7m và tần số từ 3000THz đến 3.1016Hz. Chúng được phát ra từ các nguồn có nhiệt độ cao trên 300°C, ánh sáng mặt trời hay trong các ứng dụng hồ quang điện và đèn thủy ngân.

Tia X

Tia x cũng là một loại sóng điện từ thường dùng trong y học. Đặc biệt là các ứng dụng trị các tế bào ưng thư nông. Phá hủy các tế bào thừa như sẹo lòi, sẹo lỏm. Ngoài ra chúng còn được ứng dụng trong các lĩnh vực X quang, trong chấn thương chỉnh hình.

Tia gamma

Tia gamma có bước sóng vào khoảng 10-14m đến 10-10m. Sự khác nhau giữa bức xạ gamma và tia X là ở nguồn gốc: bức xạ gamma phát ra từ trong hạt nhân nguyên tử, còn tia X sinh ra ở ngoài nhân.

Vận tốc truyền sóng điện từ

Trong quá trình truyền sóng đi trong không gian, thông thường sẽ bị cản bởi các vật chất có trong bầu khí quyển. Chính vì thế nếu ta muốn biết chính xác vận tốc sóng thì phải xét chúng trong môi trường chân không. Trong môi trường chân không, các nhà khoa học đã chứng minh được rằng vận tốc của bức xạ điện từ hay sóng điện từ là không đổi. Và chúng sẽ có giá trị là c = 299.792.458 m.s, tương đương với vận tốc ánh sáng vì chúng về bản chất là một mà đúng không nào.

Sóng ngang là gì ?

Thực chất khái niệm sóng ngang là ám chỉ đến sóng điện từ và một số loại sóng khác có cùng bản chất. Chung quy lại một loại sóng được gọi là sóng ngang khi hướng trong quá trình lan truyền các dao động là không đổi ( tức cường độ điện trường và cường độ từ trường) vuông góc với phương truyền sóng.

Ứng dụng của sóng điện từ trong đo lường

Trong các lĩnh vực đo lường công nghiệp sóng điện từ được dùng khá rộng rãi. Chúng được tích hợp trong các thiết bị các cảm biến đo mức dạng cao cấp nhất hiện nay. Có thể kể đến như cảm biến đo mức siêu âm hay cảm biến đo mức dạng radar. Đây là các dòng cảm biến có thể đo lường ở khoảng cách xa thông qua việc thu phát sóng. Hiện tai bên mình có cung cấp 2 dòng cảm biến này, các bạn có thể tham khảo các thông số như sau:

Cảm biến đo mức radar

Cảm biến đo mức siêu âm

• Dùng để đo mức các bể chứa nước ngầm và bể chứa nước trên cao.
• Dùng trong các bể chứa nước trong các trạm cung cấp nước như nhà máy nước.
• Dùng để đo mức trong bồn chứa dầu và xăng.
• Dùng để đo mức trong các bể chứa hóa chất như axit, bazơ, nước muối….

Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến đo mức siêu âm có nguyên lý hoạt động hiện đại nhất trong các dòng cảm biến đo mức hiện nay. Cụ thể là trong quá trình hoạt động thì cảm biến sẽ phát ra sóng điện từ lan truyền trong không gian bể chứa hay bồn chứa. Lúc này sống phát ra sẽ chạm vào bề mặt chất lỏng và phản xạ ngược lại cảm biến đo mức. Cảm biến sẽ được trang bị bộ phận xử lý tín hiệu thu về và bắt đầu tính toán. Dựa vào thời gian cũng như vận tốc thu phát sóng mà có thể tính toán ra được khoảng cách từ cảm biến cho tới mực nước một cách nhanh chóng và chính xác.

Trên đây là những thông tin liên quan đến sóng điện từ do thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn có thêm nhiều thông tin hơn về sóng điện từ bạn nhé!

5/5 - (2 bình chọn)